آزمایشگاه علمی مریخ

پروژه آزمایشگاه علمی مریخ
ویژگی‌های ماموریت
نام ماموریت:	پروژه آزمایشگاه علمی مریخ
پرتابه:	اتلس 5 ۵۴۱
تاریخ پرتاب:	5 آذر ۱۳۹۰ ساعت 6:32 بعدازظهر (GMT+3:30)
فرود:	دره گِیل
تاریخ فرود:	میان ۶ مرداد تا ۱۶ مرداد ۱۳۹۱
طول ماموریت:	۶۶۸ روز مریخی (۶۸۶ روز زمینی)
جِرم:	۹۰۰ کیلوگرم

پنداشت یک هنرمند از کیوریاسیتی در سال ۲۰۰۷

آزمایشگاه علمی مریخ (به انگلیسی: MSL - Mars Science Laboratory) نام پروژه جدید ناسا برای مریخ است. در این پروژه خودرویی به نام کیوریاسیتی (Curiosity) که به فارسی کنجکاو می‌شود، در اواخر ۲۰۱۱ توسط راکت اتلس ۵ پرتاب و در تابستان ۲۰۱۲ به مریخ می‌رسد. این خودرو کاملترین وسیله‌ای است که به مریخ فرستاده شده و به بررسی حیات میکروبی در گذشته یا شاید هم حال می‌پردازد. این کاوشگر لیزری در بالای سر خود دارد که می‌تواند به هدف نشانه گیری و آن را تبخیر کند. و به بررسی عناصر حاصل تبخیر بپردازد. همچنین یک آزمایشگاه بسیار مجهز را درون بدنه خود دارد. کیوریاسیتی قرار بود در سال ۲۰۰۹ پرتاب شود ولی به علت نداشتن آمادگی ۲ سال تاخیر پیدا کرد.

این خودرو ۵ برابر روح و فرصت وزن و ۱۰ برابر بیشتر تجهیزات علمی دارد. و قرار است حداقل یک سال مریخی دوام بیاورد و به اکتشاف برد بیشتری از خودروهای قبلی بپردازد.

پروژه آزمایشگاه علمی مریخ توسط JPL از سوی مؤسسه فناوری کالیفرنیا مدیریت می‌شود. کل هزینه آزمایشگاه علمی مریخ ۲٫۳ میلیارد دلار برآورد شده‌است. نتایج به دست آمده از این آزمایش به این پرسش‌ها پاسخ خواهند داد که آیا مریخ در گذشته جایی برای زندگی بوده یا نه و اینکه آیا امروزه می‌توان از آن برای زندگی بهره گرفت یا خیر.

اهداف و نیازها

آزمایشگاه علمی مریخ ۴ هدف را به دنبال دارد: تعیین کردن امکان حیات در مریخ، مشخص کردن اقلیم مریخ، مشخص کردن زمین شناسی مریخ و آماده شدن برای اکتشافات انسانی. برای کمک به این ۴ هدف علمی و رسیدن به هدف نهاییِ تصمیم گیری درباره قابل سکنه بودن مریخ، آزمایشگاه علمی مریخ ۸ مقصود علمی دارد:
۱. تعیین ماهیت و موجودی ترکیبهای کربن ارگانیک.
۲. مقدار موجودی عناصر مقدماتی شیمیایی برای حیات، که با آنها آشنایی داریم: کربن، هیدروژن، نیتروژن، اکسیژن، فسفر و گوگرد
۳. شناختن خصوصیاتی که ممکن است اثرات متابولیسم یا آثار حیات را نشان دهند.
۴. بررسی ترکیب شیمیایی، ایزوتوپیک و معدنی سطح مریخ و مواد مربوط به زمین شناسی سطح.
۵. تفسیر فرایندی که در آن خاک و صخره‌ها شکل گرفته‌اند.
۶. به دست آوردن مقیاس زمانی (۴ میلیارد سال) از سیر تکامل جو مریخ
۷. تعیین وضعیت موجود، توزیع و چرخه آب و دی اکسید کربن
۸. مشخص کردن طیف گسترده از تابش سطح. شامل پرتو کهکشانی، پرتو کیهانی، بارش نوترونی و پروتونی خورشید

اگرهم هیچ ترکیب آلی پیدا نشد، اطلاعات به دست آمده درباره اثبات اینکه حیات نزدیک به سطح مریخ امکان پذیر نیست، مفید خواهند بود. همچنین به فهمیدن وضعیت محیطی که زیست را از بین می‌برد کمک می‌کند.

تاریخچه

در آوریل ۲۰۰۸ بودجه پروژه، ۲۳۵ میلیون دلار یا ۲۴٪ بیشتر از مقدار تعیین شده گزارش شد. برای جبران این تجاوز هزینه از سایر ماموریت‌های مریخ ناسا ممکن است فراهم شود. در اکتبر ۲۰۰۸ تجاوز هزینه نزدیک به ۳۰٪ رسید.از نوامبر ۲۰۰۸ گسترش به طور اساسی تمام شد. بیشتر سخت‌افزارها و نرم‌افزارهای پروژه، کامل شده و در حال آزمایش می‌باشد.در ۳ دسامبر ۲۰۰۸ ناسا پرتاب آزمایشگاه علمی مریخ را به علت عدم زمان کافی برای آمادگی تا پاییز ۲۰۱۱ به تاخیر انداخت. دلایل فنی و مالی این تاخیر به انجمن علمی‌سیاره‌ای در یک ملاقات با سردسته‌های ناسا در ژانویه ۲۰۰۹ توضیح داده شد.
از ۲۳ تا ۲۹ مارس ۲۰۰۹ به تمام عموم فرصتی داده شد تا از نه نام منتخب در وبگاه ناسا یکی را برای خودرو آزمایشگاه علمی مریخ برگزینند. و در ۲۷ مه ۲۰۰۹ نام کیوریاسیتی که توسط کلارا ما یک دانش‌آموز کلاس ۶ از کانزاس پیشنهاد شده بود، انتخاب شد.
در اواخر ژوییه ۲۰۱۰ مهندسان نصب آویزش و چرخ‌های خودرو را کامل کردند. شش چرخ اهرم‌دار معلق برای عبور از صخره‌ها، که طرح آن شبیه به خودروهای قبلی در مریخ است در آن ارابه قرار دارد. مهندسان تمام سامانه ارابه معلق را مورد آزمایش قرار می‌دهند، این قسمت به عنوان ارابه فرود هم استفاده می‌شود.

مشخصات

نمودار کلی از تجهیزات خودرو

طول/وزن

خودرو کیوریاسیتی طول ۲.۷ متر، وزن ۹۰۰ کیلوگرم شامل ۸۰ کیلوگرم دستگاه‌های علمی را خواهد داشت. که تقریباً اندازه یک پراید می‌باشد. در مقایسه با خودروهای جستجوگر مریخ که ۱٫۵۷ متر طول، ۱۷۴ کیلوگرم وزن و ۶٫۸ کیلوگرم دستگاه‌های علمی دارند.

سرعت

روی سطح مریخ، کیوریاسیتی قادر به عبور از موانعی تا ارتفاع ۷۵ سانتی‌متر است. و در حالت جهت یابی اتوماتیک می‌تواند با بیشینه سرعت ۹۰ متر در ساعت حرکت کند، اگرچه سرعت میانگینش ۳۰ متر در ساعت است.

تغییرات سرعت بستگی به عوامل میزان سطح انرژی، دشواری سطح زمین، میزان لغزش و میدان دید دارد. انتظار می‌رود تا MSL در طول ۲ سال ماموریت خود ۱۹ کیلومتر را بپیماید.

منبع تامین انرژی

انرژی موردنیاز کیوریاسیتی، از سامانه مولد گرما-الکتریکی ایزوتوپی (RTGs) تامین خواهد شد. که قبلا در پروژه موفق وایکینگ سال ۱۹۷۶ استفاده شده است. سامانه مولد انرژی رادیو ایزوتوپ از فساد طبیعی پلوتونیوم-۲۳۸ که حاصل آن جریان برق است. و می‌تواند در شب و روز برق تولید کند. همچنین حرارت هدر رفته از طریق لوله‌هایی برای گرم کردن خودرو استفاده می‌شود.
تامین انرژی کیوریاسیتی از مرسوم‌ترین نوع (RTG) ساخت بوئینگ است. و به آن مولد گرما-الکتریکی ایزوتوپی چند ماموریتی (Multi-Mission Radioisotope Thermoelectric Generator - MMRTG) گفته می‌شود. MMRTG برای تامین انرژی ۱۲۵ وات در ابتدای ماموریت و ۱۰۰ وات بعد از ۱۴ سال طراحی شده است.
کیوریاستی 2.5 کیلووات ساعت در روز انرژی تولید خواهد کرد. در مقایسه با خودروهای جستجوگر مریخ که ۰٫۶ کیلووات ساعت در روز انرژی تولید می‌کنند. اگرچه ماموریت اصلی برای ۲ سال زمینی طرح ریزی شده ولی MMRTG حداقل ۱۴ سال عمر خواهد کرد.

سامانه پس‌زنی گرمایی

گرمای ذخیره شده در ناحیه‌ای که کیوریاسیتی ممکن است بنشیند، میان ۳۰+ تا °۱۲۷- سانتیگراد متغیر خواهد بود که تجهیزات خودرو را از کار می‌اندازد و باعث از بین رفتن آن می‌شود. بنابراین سامانه پسزنی گرمایی، از گردش مایع سیال در ۶۰ متر لوله در داخل بدنه کیوریاسیتی انجام می‌شود به طوری که تجهیزات درجه حرارت بهینه را داشته باشند. روش دیگر گرم کردن تجهیزات داخلی استفاده از گرمای ناشی از خود تجهیزات و همینطور گرمای اضافی از MMRTG است. سامانه پس‌زنی گرمایی همچنین قابلیت خنک کردن در مواقع نیاز را هم دارد.

کامپیوتر

دو کامپیو‌تر مثل هم در خودرو نصب شده و واحد الکترونیک خودرو نام دارد، شامل مموری سخت‌گردانى تابشى برای بیشترین تحمل تابش‌های محیط و از فضا است تا از خاموش شدن حفاظت شود. هر کدام شامل ۲۵۶ کیلوبایت حافظه EEPROM، و ۲۵۶MB DRAM و ۲ گیگابایت حافظه فلش. در مقایسه با خودروهای جستجوگر مریخ که ۳ مگابایت حافظه EEPROM، و ۱۲۸ مگابایت DRAM و ۲۵۶ مگابایت حافظه فلش دارند.

کامپیوتر‌ها از RAD۷۵۰ CPU استفاده می‌کنند که جانشین IBM RAD۶۰۰۰ که در خودروهای جستجوگر مریخ استفاده شده. سی پی یو RAD۷۵۰ فابلیت انجام ۴۰۰ دستورالعمل در ثانیه و RAD۶۰۰۰ قابلیت ۳۵ دستورالعمل در ثانیه را دارد.

کیوریاسیتی، سامانه اندازه گیری ثابت را دارد که اطلاعات را در ۳ محور فراهم می‌نماید و در سامانه جهتیابی مورد استفاده قرار می‌گیرد. رایانه خودرو به طور دائمی عملکرد خودرو را نشان می‌دهد تا آن را قابل استفاده نگهدارد، مثلا دمای خودرو را کنترل می‌کند و یا اگر بخشی از خودرو دچار اشکال شود، مشکل را گزارش می‌کند. در صورتی که رایانه اصلی دچار اشکال شود، رایانه پشتیبان مسئولیت را به عهده می‌گیرد.

تجهیزات همراه با خود

دوربین شیمیایی

این دوربین ابتدا با لیزر هدف را تبخیر می‌کند و سپس با استفاده از طیف سنج میزان عناصر موجود را شناسایی می‌کند.

ردیاب سنجش اشعه

این دستگاه طیف گسترده‌ای از تشعشعات سطح مریخ را برای تصمیم گیری برای طراحی سپر محافظ مورد نیاز برای سفرهای انسان تشخیص خواهد داد.

بازتاب حرکتی از نوترون ها

ابزاری است برای سنجش هیدروژن یا یخ و آب، در زیر سطح مریخ. که توسط سازمان فضایی فدرال روسیه تهیه شده است.

وسیله پرتاب

MSL توسط راکت اتلس ۵ ۵۴۱ پرتاب شد. این موشک، ۲مرحله‌ای است و قابلیت ارسال ۸۶۷۲ کیلوگرم به مدار GTO (مدار ثابت با چرخش زمین با فاصله ۳۶۰۰۰km که ماهواره‌های تلویزیونی در آن قرار دارند) را دارد. این موشک اولین بار برای پرتاب ماهواره هاتبرد6 استفاده شده و همچنین فضاپیماهایی از جمله مدارگرد اکتشافی ماه، مدارگرد شناسایی مریخ و نیوهورایزنز را نیز پرتاب کرده است. در پروژه‌های قبلی از راکت دلتا ۲ استفاده می‌شده. ولی دلتا ۲ برای وزن سنگین کیوریاسیتی مناسب نیست.

راکت اتلس ۵ در سه سری 400 ،500 و نوع دیگر آن (وسیله پرتاب سنگین ـ HLV) نام دارد. سری ۴۰۰ پوشش سر موشک ۴ متر و سری ۵۰۰ که مخصوص کیوریاسیتی است، ۵٫۴ متر قطر دارند و همچنین از قدرت بالاتری برخوردارند. در سه رقمی که عدد ۵۴۱ را برای اتلس ۵ ۵۴۱ نشان می‌دهند، عدد نخست (۵) نشان‌دهنده سری ۵۰۰، عدد دوم (۴) یعنی 4 تا بوستر کمکی با سوخت جامد در اطراف قسمت پایینی این موشک متصل است و عدد سوم (۱) به معنی این است که برای طبقه دوم موشک که سِنتُور نام دارد، یک موتور درنظر گرفته شده. سِنتُور اتلس 5 یک یا دو موتور دارد که در اینجا از نوع یک موتوره آن می‌باشد.

تجهیزات فرود

کیوریاسیتی بر خلاف کاوشگرهای قبلی به خاطر وزن زیادش نمی‌تواند از کیسه‌های هوا استفاده کند. بنابراین پس از جدا شدن سپر حرارتی و باز شدن چتر نجات، خودرو به همراه یک جرثقیل هوایی از سپر پشتی و چتر نجات جدا می‌شود. این جرثقیل که به وسیله موشک‌های ترمزی که در ۴ طرف آن است، می‌تواند خود را نگه دارد و به همراه خودرو نزول می‌کند. و در هنگام نزول خودرو از جرثقیل جدا می‌شود و در حالی که هنوز متصل به ریسمان است، به پایین انداخته می‌شود (drop) در این حالت توسط ریسمان به جرثقیل آویزان می‌ماند. تمام این مراحل قبلا در آزمایشگاه JPL روی خودرو‌ای دیگر آزمایش می‌شود و تنها تفاوت خودرو آزمایشی با واقعی این است که خودرو واقعی به مریخ سفر می‌کند، ولی خودرو آزمایشی فقط برای امتحان این اتفاقات است. پس از آنکه چرخ‌های کیوریاسیتی کف مریخ را لمس کرد، ریسمان جدا و جرثقیل از بالای سرش دور می‌شود تا روی خودرو نیافتد.

نمودار فرود کیوریاسیتی در مرحله بیرون از جو مریخ و ورود

نمودار فرود کیوریاسیتی از نزول چترنجات، نیروی نزول و جرثقیل

مریخ‌نورد کیوریاسیتی به محض فرود آمدن بر سطح سیاره مریخ شروع به حرکت خواهد کرد. حرکت سریع این مریخ‌نورد بلافاصله پس از لمس سطح مریخ می تواند آلودگی‌های زیستی احتمالی مانند انواع باکتری، ویروس یا میکروب که به چرخ‌های آن چسبیده‌اند را به سطح مریخ منتقل و با گذر چرخ های عقبی از روی آنها، به اعماق خاک مریخ براند. این موضوع موجب نگرانی‌های زیادی نزد آستروبیولوژیست‌ها شده است.

مکان‌های تصمیم گرفته شده برای فرود

نکته مهمی که برای انتخاب بهینه محل فرود است، شناختن مشخصات زمین شناسی محیط، یا یک سری از محیطهایی که قابلیت حمایت از زندگی میکروبی را دارد. برای کمتر شدن احتمال ناامیدی و بالا بردن شانس نشستن در بهترین مکان، جایی انتخاب می‌شود که بیشترین تعداد خواص علمی که باید مورد آزمایش قرار گیرند را داشته باشد. بنابراین یک مکان فرود با شواهد ریخت شناسی و معدنی برای وجود آب در گذشته بهتر است از مکانی که فقط یکی از این ضوابط را دارد.

جاهایی که فعلاً برای فرود تصمیم گرفته شده

نام	مکان	ارتفاع
Eberswalde Crater Delta	۲۳٫۸۶°S, ۳۲۶٫۷۳°E	−۱۴۵۰ m
Holden Crater Fan	۲۶٫۳۷°S, ۳۲۵٫۱۰°E	−۱۹۴۰ m
Gale Crater	۴٫۴۹°S, ۱۳۷٫۴۲°E	−۴۴۵۱ m
Mawrth Vallis Site ۲	۲۴٫۰۱°N, ۳۴۱٫۰۳°E	−۲۲۴۶ m

جستارهای وابسته

• مریخ
• مریخ‌نوردهای فرصت و روح
• کاوشگر فینیکس
• وایکینگ ۱ و ۲
• ناسا
• دانشگاه آریزونا
• JPL

منابع

صفحه آزمایشگاه علمی مریخ در وبگاه ناسا

• 
   حیات در مریخ

• 
   در جستجوی محل فرود برای آزمایشگاه علمی مریخ

• 
   پویانمایی فرود و انجام ماموریت

• 
   آزمایش سامانه انداختن کیوریاسیتی

پیوند به بیرون

نام خود را به مریخ بفرستید. شما می توانید نام خود را درون چیپ ست کامپیوتر این خودرو بنویسید و به تاریخ بپیوندید
از وب کم به طور زنده مراحل کار را ببینید
سایت نجوم ایران
جیمز کامرون برای ناسا دوربین می‌سازد